Längen- oder Winkelmesseinrichtung

Abstract

 Bei einer derartigen Meßeinrichtung wird eine Meßteilung von einer Abtasteinheit abgetastet, deren Abtastplatte (5') wenigstens zwei gegeneinander phasenversetzte Abtastfelder (A, B) zur Gewinnung gegeneinander phasenversetzter Analogsignale (S_A, S_B) aufweist. Zur Einstellung des erforderlichen Phasenwinkels (ϕ) besteht das Abtastfeld (A) aus zwei Teilfeldern (A₁, A₂), die zum Phasenwinkel (ϕ) um einen Winkel (+d, -d) versetzt und mittels Schrauben (T_A1, T_A2) partiell abdeckbar sind. Das dem Abtastfeld (A) zugehörige Analogsignal (S_A) setzt sich aus den mittels der Teilfelder (A₁, A₂) gewonnenen analogen Teilsignalen (S_A1, S_A,) zusammen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Längen- oder Winkelmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1_r

[0002] Bei einer bekannten Längenmeßeinrichtung werden von einer Abtasteinheit zwei gegeneinander phasenversetzte Analogsignale erzeugt, von denen zur Einstellung der gegenseitigen Phasenlage der Analogsignale das eine Analogsignal am ersten Eingang einer Verstärkermischstufe anliegt, derem zweiten Eingang eine Regelspannung zugeführt wird, die vom anderen Analogsignal abgeleitet und über elektrische Stellglieder einstellbar ist. Diese Anordnung ist durch die benötigten elektrischen Elemente aufwendig und nicht ausfallsicher; zudem geht die Phaseneinstellung bei einem Austausch der diese elektrischen Elemente enthaltenden Auswerteeinrichtung verloren.

[0003] Es ist ferner bei photoelektrischen Positionsmeßsystemen zur Einstellung der Amplituden der analogen Abtastsignale bekannt, den durch die Abtastfelder der Abtasteinheit fallenden Lichtstrom mittels Schrauben zu regeln. '

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer derartigen Positionsmeßeinrichtung eine Einstellung des vorgegebenen Phasenwinkels mit einfachen Mitteln unabhängig von der Auswerteeinrichtung zu ermöglichen.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

[0006] Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die vorgeschlagenen Maßnahmen eine störunanfällige Einstellung des Phasenwinkels erlauben, die auch bei einem Austausch der Auswerteeinrichtung erhalten bleibt.

[0007] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen.

[0008] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert.

[0009] Es zeigen

Figur 1 schematisch eine bekannte Längenmeßeinrichtung,

Figur 2 eine Abtastplatte mit Merkmalen der Erfindung,

Figur 3 ein Zeigerdiagramm der Analogsignale der Abtasteinheit,

Figur 4 eine weitere Abtastplatte mit Merkmalen der Erfindung,

Figur 5 ein weiteres Zeigerdiagramm der Analogsignale der Abtasteinheit,

Figur 6 eine Schaltungsanordnung der Photoelemente und

Figur 7 eine graphische Darstellung eines Analogsignals.

[0010] Figur 1a, b zeigt schematisch eine bekannte Längenneßeinrichtung mit einem Maßstab 1, dessen inkrenentale Teilung 2 von einer Abtasteinheit abgetastet wird, die eine Lampe 3, einen Kondensor 4, eine Abtastplatte 5 und Photoelemente 6a, 6b aufweist. Die Abtastplatte 5 besitzt zwei Abtastfelder A, B mit einer inkrementalen Teilung 7a, 7b, die wie die Teilung 2 des Maßstabs 1 aus alternierend aufeinanderfolgenden transparenten und nichttransparenten Streifen mit einer Gitterkonstanten c bestehen; die Teilung 7a ist gegenüber der Teilung 7b um einen Betrag (n + 1/4) c in Meßrichtung X phasenversetzt. Das von der Lampe 3 ausgesandte Licht tritt durch den Kondensor 4, die Teilungen 7a, 7b der Abtastfelder A, B der Abtastplatte 5, die Teilung 2 des Maßstabs 1 und trifft auf die Photoelemente 6a, 6b, die jeweils den Abtastfeldern A, B zugeordnet sind.

[0011] Bei der Relativbewegung zwischen der Abtasteinheit und dem Maßstab 1 in Meßrichtung X wird das Licht an den Teilungen 2, 7a, 7b moduliert, so daß die Photoelemente 6a, 6b zwei periodische Analogsignale S_A, S erzeugen, die wegen der um c/4 phasenversetzten Teilungen 7a, 7b um einen Phasenwinkel ϕ = 90° gegeneinander verschoben sind, um eine Richtungsdiskriminierung der Meßbewegung und eine Unterteilung der Gitterperiode zu ermöglichen. Die Teilung 2 des Maßstabs 1 und die Teilungen 7a, 7b der Abtastplatte 5 sind in geringem Abstand voneinander angeordnet, der aufgrund mechanischer Unvollkommenheiten gewissen Schwankungen unterworfen ist. Damit diese Schwankungen keine Änderung des Phasenwinkels ϕ= 90 zwischen den beiden Analogsignalen S_A, S_B bewirken, wird die Lampe 3 zum Kondensor 4 so justiert, daß das Licht möglichst parallel aus dem Kondensor 4 austritt. Infolge unvermeidlicher Fertigungstoleranzen kann dennoch ein Phasenwinkelfehler zwischen den Analogsignalen S_A, S_B auftreten, der erst bei der elektrischen Inbetriebnahme der Meßeinrichtung erkannt wird.

[0012] Zur Einstellung des für eine genaue Unterteilung der Gitterperiode erforderlichen Phasenwinkels ϕ ohne Änderung der Parallelität des Lichtes ist erfindungsgemäß nach Figur 2 auf einer Abtastplatte 5' ein Abtastfeld B und ein Abtastfeld A vorgesehen, das aus zwei Teilfeldern A₁, A₂ besteht. Gegenüber dem Abtastfeld B sind das Teilfeld A um einen Phasenwinkel (ϕ + d ) und das Teilfeld A₂ um einen Phasenwinkel (ϕ -α) versetzt. Dem Abtastfeld B sind ein Photoelement P_B und den Teilfeldern A₁, A₂ gemeinsam ein Photoelement P_A zur Gewinnung der periodischen Analogsignale S_B, S_A zugeordnet (Figur 3). Das Analogsignal S eetzt sich aus den analogen Teilsignalen S_A1, S_A2 zu- sammen, die mit Hilfe der Teilfelder A₁, A₂ gewonnen werden. Gegenüber dem Analogsignal S_B sind das analoge Teilsignal S_A1 um einen Phasenwinkel (ϕ+ d ) und das analoge Teilsignal S_A2 um einen Phasenwinkel (ϕ -d ) versetzt (Figur 3a).

[0013] Gemäß Figur 2 sind zur Einstellung des erforderlichen Phasenwinkels ϕ in der Abtastplatte 5' für die Teilfelder A₁, A₂ Schrauben T_A1, T_A2 zur

[0014] Regelung des durch die Teilfelder A₁, A₂ fallenden Lichtstroms vorgesehen. Durch Verkleinerung der Amplitude des analogen Teilsignals S_A2 erhält man ein Teilsignal S_A2', das zusammen mit dem Teilsignal S_A1 ein Analogsignal S_A' ergibt, das gegenüber dem Analogsignal S_B um einen Phasenwinkel ϕ größer ϕ versetzt ist (Figur 3b). Durch Verkleine- r_ung der Amplitude des analogen Teilsi^gnals S_A1 erhält man ein Teilsignal S_A", das zusammen mit 1 dem Teilsignal S_A2 ein Analogsignal S_A" ergibt, das gegenüber dem Analogsignal S_B um einen Phasenwinkel ϕ" kleiner ϕ versetzt ist (Figur 3c). Mittels einer Sehraube T_B für das Abtastfeld B läßt sich die Amplitude des Analogsignals S_B regeln.

[0015] Vorteilhaft ist, daß für die Teilfelder A₁, A₂ nur ein Photoelement P_A vorgesehen zu werden braucht. In nicht dargestellter Weise können den Teilfeldern A₁, A₂ auch separate Photoelemente zugeordnet werden, deren Analogsignale überlagert werden. Durch die Überlagerung der beiden Teilsignale

entsteht das resultierende Analogsignal S_A, das für den einfachsten Fall

+ ein ω t cosα - cos ω t sinα)

wird. Der Kontrast K des resultierenden Analogsignals ^S_A

[0016] K = Modulation / Gleichlicht = SA 1 cosα /S_A 0 nimmt also mit cos α ab. Für praktische Fälle reicht α = 15° aus, so daß der Kontrast K maximal nur um 1 - cos 15° = 3,4 % abnimmt.

[0017] In Figur 4 ist eine Abtastplatte 5" mit vier Abtastfeldern A, B, C, D dargestellt, die jeweils um einen Phasenwinkel ϕ = 90° versetzt sind; das' Abtastfeld A besteht aus zwei Teilfeldern A₁, A₂ und das Abtastfeld B aus zwei Teilfeldern B₁, B₂. Gegenüber dem Abtastfeld D sind das Teilfeld A₁ um den Phasenwinkel (ϕ + α) und das Teilfeld A₂ um den Phasenwinkel (ϕ - α) versetzt. Gegenüber dem Abtastfeld C sind das Teilfeld B₁ um den Phasenwinkel (ϕ + α ) und das Teilfeld B₂ um den Phasenwinkel (ϕ - α) versetzt. Den Teilfeldern A₁, A₂ sind gemeinsam ein Photoelement P_A, den Teilfeldern B₁, B₂ gemeinsam ein Photoelement P_B, dem Abtastfeld C ein Photoelement P_C und dem Abtastfeld D ein Photoelement P_D zur Gewinnung der periodischen Analogsignale S_A, S_B, S_C, S_D zugeordnet. Das Analogsignal S_A setzt sich aus den analogen Teilsignalen S_A1 , S_A2 (wie oben bereits beschrieben) und das Analogsignal S_B aus den analogen Teilsignalen S_B1 ,S_B2 zusammen. Gegenüber dem Analogsignal S_D sind das analoge Teilsignal S_A1 um den Phasenwinkel (ϕ +α) und das analoge Teilsignal S_A2 um den Phasenwinkel (ϕ - α) versetzt. Gegenüber dem Analogsignal S_C sind das analoge Teilsignal S_B um den Phasenwinkel (ϕ+ α und das analoge Teilsignal S_B um den Phasenwinkel (ϕ-α) versetzt (Figur 5).

[0018] Gemäß Figur 4 sind zur Einstellung des erforderlichen Phasenwinkels ϕ in der Abtastplatte 5'' für die Teilfelder A₁, A₂, B₁, B₂ ebenfalls Schrauben TA , T_A2, T_B1, T_B2 zur Regelung des durch die

[0019] Teilfelder A₁, A₂, B₁, B₂ fallenden Lichtstroms vorgesehen. Mittels Schrauben T_C, T_D lassen sich die Amplituden der Analogsignale S_C, S_D regeln.

[0020] Zur Eliminierung der Gleichspannungsanteile der um 180° phasenversetzten Analogsignale S_A, S_C bzw. S_B, S_D werden die Photoelemente P_A, P_C an einen Verstärker V₁ und die Photoelemente P_B, P_D an einen Verstärker V₂ in Differenz geschaltet (Figur 6).

[0021] Am Ausgang der Verstärker V₁, V₂ entstehen Analogsignale S₁, S₂, deren Nullsymmetrie und gegenseitige Phasenlage durch Drehen der Schrauben T_A1, T_A2, T_B1, T_B2, T_C, T_D eingestellt werden können, so daß sie für eine genaue Unterteilung der Signalperiode geeignet sind.

[0022] Die Teilsignale S_A1 , S_A2 können zum Analogsig- nal SB auch um den Phasenwinkel (ϕ+α₁), (ϕ- α₂) versetzt sein.

[0023] Die partielle Abdeckung der Teilfelder und der Abtastfelder kann in nicht gezeigter Weise auch durch Blenden erfolgen.

Ansprüche

1. Längen- oder Winkelmeßeinrichtung mit einer Meßteilung und einer diese Meßteilung abtastenden Abtasteinheit an zwei relativ zueinander verschiebbaren Objekten, bei der die Abtasteinheit eine Abtastplatte mit wenigstens zwei gegeneinander phasenversetzten Abtastfeldern zur Gewinnung gegeneinander phasenversetzter Analogsignale aufweist, die einer Auswerteeinrichtung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Abtastfeld (A, B) aus wenigstens zwei Teilfedern (A₁, A₂, B₁, B₂) besteht, von denen das eine Teilfeld (A₁, B₁) zu einem vorgegebenen Phasenwinkel (ϕ) um einen Winkel (+α₁) und das andere Teilfeld (A₂, B₂) um einen Winkel (-α₂) versetzt sind, daß die Teilfelder (A₁, A₂, B₁, B₂) zur Einstellung des Phasenwinkels (ϕ) partiell abdeckbar sind und daß sich das dem Abtastfeld (A, B) zugehörige Analogsignal (S_A, S_B) aus den aus den Teilfeldern (A₁, A₂, B₁, B₂) gewonnenen analogen Teilsignalen (S_A1, S_A2, S_B1, S_B2) zusammensetzt.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur partiellen Abdeckung der Teilfelder (A₁, A₂, B₁, B₂) Schrauben (T_A1, T_A2, T_B1, T_B ) vorgesehen sind.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur partiellen Abdeckung der Teilfelder Blenden vorgesehen sind.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Teilfeldern (A₁, A₂, B₁, B₂) des Abtastfeldes (A, B) ein gemeinsames Photoelement (P_A, P_B) zugeordnet ist.

Zeichnung